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Facoltà di Ingegneria >
Tesi di dottorato in ingegneria >
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http://hdl.handle.net/2108/522
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Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
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| contributor.advisor | Maceri, Franco | - |
| contributor.advisor | Nova, Roberto | - |
| contributor.advisor | Savoia, Marco | - |
| contributor.advisor | Schrefler, Bernhard | - |
| contributor.author | Francesco, Ascione | - |
| date.accessioned | 2008-06-04T09:15:51Z | - |
| date.available | 2008-06-04T09:15:51Z | - |
| date.issued | 2008-06-04T09:15:51Z | - |
| identifier.uri | http://hdl.handle.net/2108/522 | - |
| description | 20. ciclo | en |
| description.abstract | Il presente lavoro di tesi si divide in due parti: la prima verte riguarda uno studio
numerico sul comportamento di giunti adesivi di FRP; la seconda, invece, uno studio sperimentale sulla modalità di rottura per rifollamento di giunti bullonati
di GFRP al variare dell’angolo di fibratura.
Giunti incollati. In questa prima parte è proposto un modello matematico per lo
studio dei problemi di equilibrio di giunti incollati tra aderendi di FRP. In particolare
sono presi in considerazione sia giunti a semplice sovrapposizione che
giunti a doppia sovrapposizione, sollecitati a flessione e taglio nonché a sforzo
normale. Il problema è non lineare per il particolare legame costitutivo di tipo
coesivo scelto per modellare l’interfaccia. Per gli aderendi, invece, si ipotizza un
comportamento indefinitamente elastico lineare.
Si assume la possibilità di disaccoppiare il problema flesso/tagliante da quello
estensionale, e quindi di non tener conto degli effetti mutui tra tensioni tangenziali
e normali agenti al’interfaccia. Questa ipotesi, come sottolineato in letteratura,
permette di ottenere risultati sufficientemente corretti dal punto di vista tecnico quando le caratteristiche meccaniche degli aderendi sono pressoché simili, come accade nei casi in esame.
Una seconda ipotesi è rappresentata dalla possibilità di decomporre additivamente
l’energia totale di frattura G in due aliquote: una relativa al modo I di frattura
(opening); l’altra relativa al modo II di frattura (sliding).
Con tali premesse è possibile ricondurre lo studio dei suddetti problemi di equilibrio
a quelli di schemi strutturali semplificati, dove il comportamento meccanico
dell’adesivo è modellato da due letti continui di molle indipendenti, in grado
di caratterizzare le interazioni sia normali che trasversali. Gli aderendi sono
invece modellati secondo la teoria tecnica della trave.
E’ proposta una semplice ed efficace procedura iterativa per la risoluzione dei
summenzionati problemi. Attraverso l’utilizzo del criterio di frattura di Hutchinson a Suo è stato inoltre possibile individuare soli cinque parametri adimensionali da cui dipendono i problemi di progetto e verifica di tali giunti. Sono
riportati alcuni esempi di dominio ultimo dell’interfaccia ed alcuni confronti
con risultati disponibili in letteratura.
Giunti bullonati. In questa parte si riportano, invece, i risultati di uno studio sperimentale sulla modalità di crisi per rifollamento di compositi laminati di GFRP.
In particolare si sono analizzati gli effetti dell’angolo di fibratura e dello schema di laminazione sul carico ultimo da rifollamento.
All’uopo, sono stati testati due tipi di laminato: unidirezionale e multistrato
(quest’ultimo del tipo cross-ply). Lo schema di laminazione del laminato unidirezionale
è del tipo [CSM/08/CSM], mentre per i laminati pluristrato si sono utilizzati
due differenti schemi di laminazione: [(CSM/06/906)s] e [(CSM/03/903)2]s,
con egual numero di strati e di spessore.
I risultati sperimentali hanno mostrato come il suddetto carico da rifollamento sia
fortemente influenzato dall’angolo di inclinazione delle fibre rispetto alla direzione dello stesso per entrambi i tipi di laminato presi in considerazione.
Nel caso dei laminati unidirezionali l’analisi sperimentale ha evidenziato che il
massimo valore del carico da rifollamento si ha quando le fibre sono disposte parallelamente alla sua direzione. Come era lecito aspettarsi, invece, il valore minimo
si è avuto nel caso delle fibre disposte ortogonalmente alla direzione del
carico, con un abbattimento del carico ultimo pari al 32%.
Anche nel caso dei laminati pluristrato, l’analisi sperimentale ha evidenziato come
il summenzionato carico decresca all’aumentare dell’angolo di inclinazione
delle fibre rispetto alla direzione del carico stesso. In questo caso il valore più
basso si è avuto per un valore dell’angolo di fibratura pari a 45°. I risultati sperimentali hanno inoltre evidenziato che per i laminati pluristrato, in termini di carico ultimo da rifollamento, la differenza tra i due schemi di laminazione è pari al
più al 5%. Sono fornite, infine, formule di progetto del suddetto carico per entrambi
i tipi di laminato presi in considerazione. | en |
| description.abstract | The present PhD thesis is divided into two parts: the first one regards a numerical
study on the mechanical behavior of adhesive joints; the second one, regards the study on the bearing behavior of bolted joints made of GFRP varying the fiber inclination angle.
Adhesive joints. In this part a mathematical model for studying the equilibrium
problem of adhesive joints between FRP adherents is presented. In particular,
double and single-lap joints, both in the case of normal and shear/flexure stresses
are considered. The problem is non linear due to the cohesive constitutive law
adopted for modeling the interface. On the contrary, the adherents are supposed
to be indefinitely linear elastic.
The possibility to uncouple the problem of shear/flexure from the extensional
one, as well as disregard the mutual effects between the normal and tangential
stresses acting at the joint interfaces is also assumed. As highlighted in literature,
this hypothesis allows results which are sufficiently correct from a technical perspective when the mechanical characteristics of the adherents are almost the same, as supposed in the present paper.
A second hypothesis is that the total fracture energy is additionally broken down
in a term relative to mode I of fracture (opening) and in a term relative to mode
II of fracture (sliding).
Within such a framework it is possible to trace back the examined equilibrium
problems to those of simpler auxiliary structural schemes, where the mechanical
behavior of the adhesive is modeled through two sets of independent interfacial
springs capable of characterizing the normal and transversal interactions, respectively.
The adherents are modeled following the hypotheses of the beam technical theory.
A simple and efficient iterative procedure for solving the aforementioned problems
is also proposed. Five dimensionless parameters which influence the design
problem of the joints are identified. Several examples of the ultimate domains of
the interface between the adherents are also presented as well as comparisons with some results reported in literature.
Bolted joints. In this part an experimental analysis on the bearing failure mode of
composite laminates have been carried out. In particular, the effects of fibre
inclination angle and laminate stacking sequence on the bearing strength have
been analyzed.
To perform the experimental investigation, have been tested two types of laminates: unidirectional and cross-ply. In particular the stacking sequence of the unidirectional laminates was [CSM/08/CSM], while for the cross-ply laminates were used two different stacking sequence: [(CSM/06/906)s] and
[(CSM/03/903)2]s, where the number of plies and the thickness is constant.
The experimental results have shown that the bearing ultimate load depends significantly
on fiber inclination angle respect to the load direction for both types of laminates considered. In particular, in the case of unidirectional laminates the experimental analysis carried out have underline that the maximum value of bearing ultimate load was obtained when its direction is parallel to that of fibers.
As expected the lowest value is reached when the load direction is orthogonally
to fiber one, with a total reduction of the ultimate bearing load equal to 32%.
Also in the case of cross-ply laminates analysis have shown a reduction of
aforementioned load when fiber inclination angle increased respect to its direction.
In this case the lowest value of the bearing load is reached for an angle equal to 45°. Furthermore, the experimental analysis on cross-ply laminates have also underline that in terms of bearing ultimate load, the difference between the two stacking sequence considered is no more than 5% when the laminate thickness and the number of plies is constant. | en |
| description.tableofcontents | Premessa - Parte 1., Giunti incollati - Capitolo 1, Formulazione del problema di equilibrio di giunti incollati a doppia sovrapposizione bilanciati ed a semplice sovrapposizione simmetrici - 1. Introduzione - 1.1. Stato dell’arte - 1.2. Obiettivi della tesi in tema di giunti incollati - 2. Giunto a doppia sovrapposizione bilanciato sollecitato a taglio e flessione - 3. Giunto a doppia sovrapposizione bilanciato sollecitato a sforzo normale - 3.1. Giunto a doppia sovrapposizione non bilanciato sollecitato a sforzo normale - 4. Giunto a semplice sovrapposizione simmetrico sollecitato a taglio e flessione ed a sforzo normale. - Capitolo 2., Progetto e verifica di giunti incollati a semplice sovrapposizione simmetrici e a doppia
sovrapposizione bilanciati - 1. Introduzione - 2. Adimensionalizzazione del problema di equilibrio di giunti a doppia sovrapposizione bilanciati - 2.1. Sollecitazione da taglio e flessione - 2.2. Sollecitazione da sforzo normale - 3. Adimensionalizzazione del problema di equilibrio di giunti a
semplice sovrapposizione simmetrici - 4. Giunti a semplice sovrapposizione simmetrici e a doppia sovrapposizione bilanciati sollecitati a taglio e flessione e a
sforzo normale: rapporti GI/GIO e GII/GIIO - 4.1. Sollecitazione da taglio e flessione - 4.2. Sollecitazione da sforzo normale - 4.3. Domini ultimi Momento-Sforzo Normale e Taglio-Sforzo Normale - 5. Degrado della capacità portante di giunti a semplice sovrapposizione simmetrico e a doppia sovrapposizione bilanciati in presenza di un difetto di incollaggio. - Capitolo 3., Esempi numerici e confronti - 1. Introduzione - 2. Esempi numerici di verifiche di giunti a semplice e doppia sovrapposizione - 2.1. Giunti a semplice sovrapposizione - 2.1.1. Giunto simmetrico - 2.1.2. Giunto non simmetrico - 2.2. Giunti a doppia sovrapposizione - 2.2.1. Angolari a lati uguali - 2.2.2. Angolari a lati disuguali - 3. Confronti - 3.1. Confronto con i risultati numerici di Aymerich et al - 3.2. Confronto con i risultati numerici di Li et al - 3.3. Confronto con i risultati numerici di Pirondi et al. - Parte 2. Giunti bullonati. Capitolo 4. Indagine sperimentale sull’influenza
dell’angolo di fibratura nei confronti della
crisi per rifollamento di giunzioni bullonate
di frp - 1. Introduzione - 1.1 Obiettivi della tesi in tema di giunti bullonati - 2. Modalità di crisi dei collegamenti bullonati - 3. Impianto sperimentale - 3.1. Caratterizzazione meccanica dei prototipi - 3.1.1. Prove di compressione - 3.1.2. Provini - 3.1.3. Risultati delle prove - 3.1.4. Prove di trazione - 3.2. Dispositivo di prova - 3.3. Strumentazione dei provini e sistema di acquisizione dati - 4. Analisi numerica agli elementi finiti - 5.Risultati dell’indagine sperimentale - 5.1. Modalità di collasso locale e confronto con i risultati
numerici - 5.2. Primi risultati sperimentali sui laminati pluristrato - 6.Formule di progetto - 7. Conclusioni - 8. Immagini riprese durante l’esecuzione delle prove. - A
APPENDICE A1, Teoria di Tsai, Oplinger e Morton - A1.1. Giunto a doppia sovrapposizione (Double-lap joint). - Appnedice A2, Teoria di Bigwood e Crocombe -
A2.1. Equazioni di campo - A2.2. Condizioni al contorno. - Appendice A3, Giunto a doppia sovrapposizione bilanciato sollecitato a sforzo normale: legame di interfaccia elastico lineare - A3.1. Il legame di interfaccia elastico-lineare. - Appendice A4
A4.1. Il legame rigido-softening. - Appendice A5, Giunto incollato a semplice sovrapposizione simmetrico: sollecitazione di taglio e flessione; sollecitazione di sforzo normale - A5.1. Problema di equilibrio - A5.2. Giunti simmetrici - A5.3. Risoluzione iterativa. - Appendice A6, Determinazione sperimentale delle leggi coesive di interfaccia - A6.1. Introduzione - A6.2. Tecnica del “J integral” per la determinazione della legge σ(δ) - A6.3. Dispositivo di prova - A6.4. Tecnica sperimentale per la determinazione del legame
costitutivo di interfaccia τ(s). - Appendice A7, Procedura di prova secondo la norma
EN ISO 14126:1999 - A7.1. Introduzione - A7.2. Fasi della prova a compressione - A7.3. Raccolta di foto relative alla prova di compressione. - Bibliografia | en |
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| language.iso | it | en |
| subject | frattura coesiva | en |
| subject | FRP | en |
| subject | leggi di interfaccia bilineari | en |
| subject | giunti a singola sovrapposizione | en |
| subject | resistenza al rifollamento | en |
| subject | giunti bullonati | en |
| subject | laminati di GFRP | en |
| subject | schema di laminazione | en |
| subject | giunti a doppia sovrapposizione | en |
| subject.classification | ICAR 08 | en |
| title | Modellazione di giunti di FRP | en |
| type | Doctoral thesis | en |
| degree.name | Dottorato in ingegneria delle strutture e geotecnica | en |
| degree.level | Dottorato | en |
| degree.discipline | Facoltà di Ingegneria | en |
| degree.grantor | Università degli studi di Roma Tor Vergata | en |
| date.dateofdefense | A.A. 2007/2008 | en |
| Appears in Collections: | Tesi di dottorato in ingegneria
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| Bibliografia.pdf | Bibliografia | 19Kb | Adobe PDF | View/Open | | Appendice A6.pdf | Appendice A6 | 161Kb | Adobe PDF | View/Open | | Appendice A5.pdf | Appendice A5 | 121Kb | Adobe PDF | View/Open | | Appendice A4.pdf | Appendice A4 | 110Kb | Adobe PDF | View/Open | | Appendice A3.pdf | Appendice A3 | 95Kb | Adobe PDF | View/Open | | Appendice A2.pdf | Appendice A2 | 124Kb | Adobe PDF | View/Open | | Appendice A1.pdf | Appendice A1 | 131Kb | Adobe PDF | View/Open | | Capitolo 4.pdf | Capitolo 4 | 2385Kb | Adobe PDF | View/Open | | Capitolo 3.pdf | Capitolo 3 | 235Kb | Adobe PDF | View/Open | | Capitolo 2.pdf | Capitolo 2 | 347Kb | Adobe PDF | View/Open | | Capitolo 1.pdf | Capitolo 1 | 227Kb | Adobe PDF | View/Open | | Premessa.pdf | Premessa | 17Kb | Adobe PDF | View/Open |
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